采用低温脉冲层在金刚石上外延β-Ga2O3薄膜的制备方法及结构技术

本发明专利技术涉及一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β

【技术实现步骤摘要】
采用低温脉冲层在金刚石上外延
β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法及结构


[0001]本专利技术属于半导体器件
，涉及一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法及结构。

技术介绍

[0002]β
‑
Ga2O3作为超宽禁带半导体，在制作大功率电力电子器件方面拥有良好的击穿电压特性。由于新材料的发展伴随着器件指标的提升，氧化镓外延材料的散热是一个限制其功率和频率特性的关键问题。同时氧化镓同质衬底昂贵，异质外延氧化镓能够有效降低成本，因此探索高质量高热导率的外延衬底材料具有极大的实用价值。
[0003]由于金刚石衬底易被氧气和氢气刻蚀，产生较多刻蚀坑。因此无法通过正常手段实现金刚石和氧化镓二者的异质外延。在外延β
‑
Ga2O3的过程中，氧气作为反应源，不可避免与衬底材料接触。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法及结构。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术实施例提供了一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]制备衬底层；
[0007]在所述衬底层上制备低温脉冲层；
[0008]在所述低温脉冲层上制备薄膜层。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底层包括金刚石衬底层。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述薄膜层包括β
‑
Ga2O3薄膜层。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，制备衬底层，包括：
[0012]清洗所述金刚石衬底层；
[0013]利用MOCVD设备对所述金刚石衬底层进行退火处理。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，利用MOCVD设备对所述金刚石衬底层进行退火处理，包括：
[0015]将清洗后的所述金刚石衬底层放入MOCVD反应室中，设置氮气流量为500
‑
2000sccm，温度为600
‑
900℃，将所述金刚石衬底层热退火15
‑
30min。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在所述衬底层上制备低温脉冲层，包括：
[0017]利用MOCVD设备在所述金刚石衬底层上制备低温脉冲层。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，利用MOCVD设备在所述金刚石衬底层上制备低温脉冲层，包括：
[0019]在MOCVD反应室中，调整TEGa流量为20
‑
60sccm，氧气流量为2000
‑
2600sccm，生长温度为300
‑
500℃，生长压力控制在35
‑
50Torr，在所述金刚石衬底层上生长50
‑
200次脉冲的低温脉冲层，其中，每个脉冲周期分别先后通入Ga和O，Ga和O的通入时间比为3：1。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在所述低温脉冲层上制备薄膜层，包括：
[0021]在MOCVD反应室中，设置TEGa的流量、氧气流量和生长压力与生长所述低温脉冲层时相同，且设置生长温度为600
‑
900℃，以在所述低温脉冲层上生长60
‑
90min的β
‑
Ga2O3薄膜层。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述低温脉冲层的厚度为20
‑
30nm。
[0023]本专利技术的另一个实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的结构，由上述任一项实施例所述的制备方法制备而成，所述结构包括：
[0024]衬底层；
[0025]低温脉冲层，所述低温脉冲层位于所述衬底层上；
[0026]薄膜层，所述薄膜层位于所述低温脉冲层上。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术解决了高温下无法在金刚石衬底上外延β
‑
Ga2O3的问题。本专利技术通过引入低温脉冲层，极大减少了氧气对衬底的刻蚀作用。同时显著提升外延层质量，降低了外延层的位错与缺陷，显著提高氧化镓外延层的热导率，对后续的氧化镓异质外延与大功率以及高频电力电子器件提供了良好的材料性能支撑。
[0029]通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法的流程示意图；
[0031]图2a
‑
图2c为本专利技术实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法的过程示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的结构的示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0034]实施例一
[0035]请参见图1、图2a
‑
图2c，图1为本专利技术实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
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Ga2O3薄膜的制备方法的流程示意图，图2a
‑
图2c为本专利技术实施例提供的一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法的过程示意图。本专利技术提供一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0036]步骤1、制备衬底层1，如图2a所示。
[0037]优选地，衬底层1包括金刚石衬底层。
[0038]在一个具体实施例中，步骤1可以包括步骤1.1
‑
步骤1.2，其中：
[0039]步骤1.1、清洗金刚石衬底层。
[0040]步骤1.2、利用MOCVD(Metal
‑
organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备对金刚石衬底层进行退火处理。
[0041]具体地，将清洗后的所述金刚石衬底层放入MOCVD反应室中，设置氮气流量为500
‑
2000sccm，温度为600
‑
900℃，将金刚石衬底层热退火15
‑
30min。
[0042]优选地，氮气流量为1050sccm。
[0043]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备衬底层(1)；在所述衬底层(1)上制备低温脉冲层(2)；在所述低温脉冲层(2)上制备薄膜层(3)。2.根据权利要求1所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底层(1)包括金刚石衬底层。3.根据权利要求2所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜层(3)包括β
‑
Ga2O3薄膜层。4.根据权利要求3所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，制备衬底层(1)，包括：清洗所述金刚石衬底层；利用MOCVD设备对所述金刚石衬底层进行退火处理。5.根据权利要求4所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，利用MOCVD设备对所述金刚石衬底层进行退火处理，包括：将清洗后的所述金刚石衬底层放入MOCVD反应室中，设置氮气流量为500
‑
2000sccm，温度为600
‑
900℃，将所述金刚石衬底层热退火15
‑
30min。6.根据权利要求3所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑
Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，在所述衬底层(1)上制备低温脉冲层(2)，包括：利用MOCVD设备在所述金刚石衬底层上制备低温脉冲层(2)。7.根据权利要求6所述的采用低温脉冲层在金刚石上外延β
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅超，李一帆，张进成，马金榜，马佩军，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：